Sunway TaihuLight - новият крал на суперкомпютрите

През последните близо три години на почетното първо място в световната суперкласация топ 500 за най-бързи суперкомпютри гордо стоеше името на китайския Tianhe-2. Преди около месец обаче той гръмко бе изместен от новия победител, отново дело на китайските инженери и, разбира се - правителството. И както често се случва в света на IT технологиите, той бе шеметно задминат по производителност. С цели три пъти!

Новият китайски мега, ултра мощен компютър се нарича Sunway TaihuLight. И освен че е много, много бърз (както ще разберете по-надолу), забележително за него е, че е създаден изключително на базата на процесори и технологии, също разработени и произведени в… Китай! Което си е истински подвиг - на фона на цялостното развитие на IT индустрията, почти изцяло направлявана от американските технологични гиганти. Но как и защо се получи така?

Китайският супер рекордьор

Sunway TaihuLight официално и безкомпромисно е признат за новия супер шампион в състезанието на суперкомпютрите. Измествайки от първата позиция също свой "сънародник", той всъщност показва тенденцията, че технологичната надпревара за създаване на все по-мощни компютри вече е значително доминирана от азиатската държава с мощна икономика.

Възможностите на TaihuLight могат да се сравнят единствено с амбициите, довели до неговото създаване. Само преди 10 - 15 години Китай нямаше нито един представител дори в топ 500 на суперкомпютрите по света. Днес историята е коренно различна. Китайците не само имат повече представители в тази класация от всички останали (включително САЩ), но най-добрата им настояща "машина" е около пет пъти по-бърза от най-бързата американска! И като за капак - суперкомпютърът е изграден само от китайски "части" поради няколко причини, които ще разберете след малко.

Знаете ли какво е суперкомпютър?

Вероятно повечето от вас знаят, но все пак, ако някой си мисли, че скъпият му домашен красавец, с който играе последните хитови заглавия, е суперкомпютър, то, разбира се, греши. Макар и в някои отношения той и гигантските машини всъщност да имат доста общи точки.

На практика днешните суперкомпютри наистина имат до голяма степен връзка с домашните компютри, защото в основата им (процесори и памет) се използват съвсем стандартни модели, които можете да намерите на IT пазара. Разликата в случая се крие най-вече в бройката, в количеството им. Ако домашният ви скъпичък компютър ползва, да речем, Intel процесор с 4 ядра, то един от най-бързите американски суперкомпютри в света (MIRA) разчита на същите, само че… 800 000 ядра!

Разбира се, този изключително сериозен „мозък“ се използва, за да симулира всякакви сложни научни задачи, като прогнозиране на времето, симулации на ядрени взривове или края на Вселената, вместо да губи времето си в игри. Но като цяло дори MIRA представлява нещо като един гигантски домашен компютър, за когото богатият татко е развързал кесията си солидно и го е натъпкал с много, много процесори.

За разлика от MIRA обаче TaihuLight е нещо по-различно. Новият супершампион значително надхвърля по всичките си параметри дори тази бройка, като при него броят на отделните процесорни ядра достига фантастичното число… 10,6 милиона! Като това е цели три пъти повече спрямо предишния лидер (Tianhe-2). И още малко любопитни сравнения - най-бързият американски суперкомпютър Titan, намиращ се в Oak Ridge, има като бройка... цели 20 пъти по-малко процесорни ядра!

Супербързият TaihuLight

Освен огромния брой процесори тази мощна машина в същото време се оказва доста икономична по отношение на разхода на енергия. В сравнение с огромната и изчислителна мощ разходът му на електричество е значително намален. Факт, който е отчетен дори от световноизвестни експерти в областта като например Джак Донгара, учен от университета в Тенеси, САЩ.

Донгара е един от създателите на специалния алгоритъм за тестове на суперкомпютри Linpack, с който от 1993 година насам се тестват такива специализирани машини и благодарение на тях се създава и обновява топ 500 листата. Според неговото мнение китайците са създали един наистина уникален компютър, притежаващ огромна скорост на изпълнение на задачите, много добър коефициент на полезно действие и най-вече - нисък разход на енергия.

И все пак нека не забравяме, че хардуерът не е всичко. Още повече в света на суперкомпютрите - това не са обикновени домашни машини и те работят със софтуер, предназначен само за тях. Затова е много важно как ще се справят не само програмистите, но и служителите, които събират в едно всички парченца от крайния "пъзел".

Хардуер, хардуер и цифри

Ето и малко технически данни. Средната скорост на изчисления на TaihuLight е 93 петафлопа (което е число, равно на 10 на степен 15 изчисления с плаваща запетая в секунда). По този параметър суперкомпютърът е с цели 74% по-бърз от предишния победител. И в случая говорим само за нормална производителност, защото пиковата му може да достигне до цели 125 петафлопа.

Хардуерната основа е базирана на чиповете SheShenWei SW26010, които са китайски и са 256- (според други данни 260-) ядрени. TaihuLight е изграден от цели 40 960 базови възела с по един такъв процесор във всеки, като сумарният брой на активните ядра, както вече посочихме, надхвърля 10 милиона. Ако сравним китайския процесор с тези на Intel, ще видим, че неговата производителност от 3 терафлопа е приблизително равна на тази на флагманските процесори Intel Xeon Phi от поколението Knigts Landing. А това е доста иронично, защото с такива процесори е изграден предишният китайски рекордьор Tianhe-2.

Само че след неговото пускане правителството на САЩ демонстративно забранява доставките на тези процесори в Китай. Може би за да възпрепятства азиатците да създават по-мощни машини?

И ето техния отговор. Китай създава собствени процесори, които не само работят добре, но и изразходват по-малко енергия от Intel Xeon Phi. Освен това суперкомпютърът има по-малко оперативна памет като обем (1.3 петабайта), с по-малка скорост на работа, което не пречи на общата производителност, но пък води до значително намаляване на разхода на енергия. За света на суперкомпютрите 1.3 PB RAM може да звучи малко, но ако превърнете този обем оперативна памет в разбиранията ни за домашни компютри, ще се изумите. Грубо казано – 1300 терабайта… RAM! На мен не ми се вижда изобщо малко…

TaihuLight е много по-бърз от всичко проектирано за пускане в експлоатация към момента в САЩ поне до 2018 година. За тогава американците са планирали конструирането на компютър, чиято скорост ще достига над 150 до около 200 петафлопа. Той ще надмине скоростта на днешния първенец. Но какво ли ще са изградили дотогава китайците? Две години и половина в света на компютрите са адски много, много време.

Технически данни

Sunway TaihuLight
Производителност: Linpack – 93 Petaflops
Пикова производителност – 125.4 Petaflops
Процесори: Sunway SW26010 с тактова честота 1.4 GHz
Брой ядра на процесор: 260
Набор инструкции: Sunway RISC
Вътрешна архитектура: разработка на Sunway на база чипове Mellanox Host Channel Adapter (HCA), от типа InfiniBand
Конструкция: 40 шкафа с водно охлаждане с пикова производителност от 3 петафлопа всеки
Енергийни разходи: 15.27 мегавата
Ефективност: 6051 мегафлопа на ват

Топ 10 на суперкомпютрите към момента

Sunway TaihuLight
Държава: Китай
Тип процесори: ShenWei
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 93 / 125

Tianhe-2
Държава: Китай
Тип процесори: Xeon E5–2692 + Xeon Phi
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 33 / 54

Titan
Държава: САЩ
Тип процесори: Opteron 6274 + Tesla K20X
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 17.5 / 27

Sequoia
Държава: САЩ
Тип процесори: IBM PowerPC A2
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 17.1 / 20


K computer
Държава: Япония
Тип процесори: SPARC64 VIIIfx
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 10.5 / 11


Mira
Държава: САЩ
Тип процесори: IBM PowerPC A2
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 8.5 / 10


Trinity
Държава: САЩ
Тип процесори: CRAY Xeon E5-2698v3, Aries
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 8 / 11


Piz Daint
Държава: Швейцария
Тип процесори: CRAY Xeon E5–2670 + Tesla K20X, Aries
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 6 / 7


Hazel Hen
Държава: Германия
Тип процесори: CRAY Xeon E5-2680v3, Aries
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 5.6 / 7.4


Shaheen II
Държава: Саудитска Арабия
Тип процесори: CRAY Xeon E5–2698v3, Aries
Скорост (оптимална/пикова) в петафлопа: 5.5 / 7.2